大同市试验变压器有限公司

利用数字隔离器解决智能电表隔离问题

  (Smart Meter)中感测AC(交流电)电流已经有很长的时间,但是它们有某些缺点,而且可能很昂贵。对于某些应用装置而言,电式分流器是较佳的电流感测器,因为比较没那么昂贵,而且具有高线性度,又能够抵抗磁力的影响。

  但不幸的是,电阻式分流器本身并不具备电流变压器的电力隔离功能。在如智能电表之类须要隔离的应用装置内,具备隔离式电力技术并结合分流电阻的数位隔离器,则为以上这个问题提供了解决方案。隔离器有很多种分类,如光电隔离器、信号隔离器、天线隔离和总线隔离器等.

  在单相位防窜改智能型电表(图1)中,类比前端(AFE)IC会利用电阻分流器量测相位电流,以及利用简单的电压分配器量测相位电压,藉以计算能源与监测负载的品质。

  在这个应用装置内,电力线相位电压被当作使用于AFE的接地参考。中性线路电流的量测必须加以隔离,以便让AFE能够避开高电压。AFE会利用标准串列周边介面(SPI)或是I2C通讯将经过计算的电量发送到微控制器(MCU)。MCU接着就会将资料传送到通讯模组,且通常会使用必须确保安全隔离与避免接地回路的通用异步收发器(UART)介面。如此一来,MCU若不是与AFE隔离并且与通讯模组(Isolation 1)共用接地,就是与通讯模组隔离而与AFE共用接地(Isolation 2)。

  电表的电源供应来自于电力线(Power Line),但两组电力域则是由安全隔离屏障所建立出来的。变压器容量什么意思图1内的PS1与相位处于同一个电力域内,而且可以不须要隔离AFE就加以使用。然而,不论是安全隔离屏障1或2都须使用隔离式电源供应PS2,藉以将电力提供给MCU与通讯模组(Isolation 1),或是只提供给通讯模组(Isolation 2)。

  总而言之,在单相位防窜改电表中有多个位置须要隔离,包括中性线路电流感测,以及在AFE与MCU(Isolation 1)之间或是MCU与通讯模组(Isolation 2)之间。

  必须通过隔离屏障1与2的讯号采数位格式。已经有许多能够隔离数位讯号的技术被开发出来。传统的方案采用具有发光二极体(LED)和光电二极体的光耦合器。然而,较新的技术则是以采用晶片等级变压器的数位隔离器方式存在。

  举例来说,亚诺德(ADI)iCoupler数位隔离器相较于光耦合器具有以下几项优点:更好的可靠度、更小的尺寸、更低的功率耗损、更高的通讯速度、更好的时序精确度,以及易于使用的特点。

  此外,晶片等级的隔离技术也能够与其他的半导体电路结合,藉以在很小的基底尺寸内实现高整合度的解决方案。智能型电表就是属于这种类型的应用装置,因为目前较新款的电表需要更高的即时资讯流。

  晶片等级变压器也可以被使用于隔离式直流对直流(DC-DC)转换器中,藉以使资料和电力的隔离能够被整合至单一晶片内。iCoupler产品将isoPower隔离式DC-DC转换器以如同隔离式资料通道的方式整合至相同的表面黏着、低剖面高度封装中,因而能够提供如同前述的能力。变压器容量什么意思

  以上述范例中的中性线路电流感测为例,在传统上会使用电流变压器的塬因是其本身就具备隔离功能,但是电流变压器必须要有DC耐受能力以避免其饱和,而这会增加成本。它们也会导致因为频率元件而形成差异的相位延迟,因而很难在整个频谱中加以补偿。

  分流器也具备相当多的优点,例如比较没那么昂贵,不会受外部AC或DC磁场影响,而且也具有与用来感测相位电流之分流器相同的特性。然而,它们本身并没有隔离功能。这点可以利用内含整合式DC-DC转换器与隔离式资料通道的数位隔离器来加以克服。这使得新架构的单相位防窜改智能型电表得以实现(图2)。

  此新的架构利用AFE1来量测由线路电流所取得的电量,利用AFE2量测由中性电流所取得的电量。两种电流都以能够抵抗外部磁场的分流器进行量测,因而消除窜改的顾虑。变压器容量什么意思AFE2利用包含以数位隔离器为基础隔离式电源供应IC接收电力。它利用嵌入于相同IC并采用相同技术的隔离式资料通道与MCU进行沟通。

  而相同的方案--具备包含隔离式电源及隔离式资料通道的IC,可被应用于通讯模组上,这是因为它也需要隔离式电源供应,以及能够穿越隔离屏障的资料通讯。

  在与难以认证、庞大且昂贵的隔离式电源供应器相比较时,这种方案的优点相当明显;数位隔离技术创造出最小的UL认证DC-DC转换器。这些IC具备在温度与机构方面的高稳定性、良好的耐化学性及静电释放(ESD)性能。设计厂商现在可以专注于系统设计的改善,而不必担心隔离方面的问题。

本文由大同市试验变压器有限公司发布于公司简介,转载请注明出处:利用数字隔离器解决智能电表隔离问题

TAG标签:
Ctrl+D 将本页面保存为书签,全面了解最新资讯,方便快捷。